Wie funktioniert eine Wägezelle mit Biegebalken?

Biegebalken-Wägezellen gehören zu den gängigsten Bauformen von Wägezellen. Erfahren Sie in diesem Beitrag mehr über die Vorzüge und Eigenschaften von Biegebalken.

Bei einem Messvorgang wirkt die Gewichtskraft auf den metallischen Federkörper der Wägezelle und erzeugt eine elastische Verformung.
Diese Dehnung (positiv oder negativ) wird vom Dehnungsmessstreifen (DMS), der auf den Federkörper geklebt ist, in ein elektrisches Signal umgesetzt. Eine Wägezelle einfachster Bauart kann beispielsweise aus einer Biegefeder mit DMS bestehen. Häufig kommen zu den (zwingend notwendigen) Grund- Bestandteilen Federkörper und DMS zusätzliche Elemente (Gehäuse, Abdichtungselemente...) zum Schutz der DMS-Elemente hinzu.

Wägezellen mit einfachen Biegebalken

Zu den für viele Messaufgaben am besten geeigneten Typen gehören die Biegebalken-Wägezellen. Dort ist das Signal grundsätzlich vom Biegemoment abhängig. Wenn sich der Lasteinleitungspunkt in Längsrichtung des Biegebalkens bei gleicher Last ändert, entstehen unterschiedliche Signale.

Daher ist der einfache Biegebalken in Wägezellen selten, weil besondere Maßnahmen erforderlich sind, um den Lasteinleitungspunkt konstant zu halten (Einfluss des Hebelarmes).

Wägezellen mit Mehrfach-Biegebalken

Für Lasten bis zu 5 t werden häufig Mehrfach-Biegebalken als Federkörper eingesetzt. Dieser Wägezellentyp wird durch die Anordnung von vornehmlich zwei (Doppelbiegebalken) oder drei (Triple Beam) Biegebalken charakterisiert. Sie sind an der Einspannungs- und an der Lasteinleitungsseite durch starre Bauteile gekoppelt. Durch die starre Koppelung wird eine rein vertikale Absenkung des Lasteinleitungspunktes und eine S-förmige Verformung der beiden Balken erzwungen.

Abbildung 1: Prinzip des Doppelbiegebalkens

Dieses System ist wesentlich weniger empfindlich gegen Verschiebungen des Lasteinleitungspunktes als ein einfacher Biegebalken. Durch die S-förmige Verformung treten an den Oberflächen Zonen positiver und negativer Dehnung dicht beieinander auf, die das Anbringen und Verschalten der DMS erheblich vereinfachen. Abbildung 2 zeigt verschiedene Ausführungsformen von Doppel-Biegebalken.

Abbildung 2: Doppel-Biegebalken-Federkörper

Wägezellen mit Druckausgleich

Beim Einsatz von Wägezellen mit geschlossenem Gehäuse zum Messen kleiner Lasten können bei konstanter Belastung bereits Schwankungen des Luftdrucks zu Änderungen des Messsignals führen. Um dieses Problem zu vermeiden, wird der atmosphärische Druck kompensiert, indem durch geeignete konstruktive Maßnahmen sichergestellt wird, dass die Wägezelle allseitig vom gleichen Druck umgeben ist.

Abbildung 3: Digitale Wägezelle FIT ®/4

Biegebalken-Wägezellen von HBM

Die HBM-Typenpalette an Wägezellen setzt unterschiedliche Modifikationen von Biegebalken ein. Einige Produkte sind z.B. Plattformwägezellen wie PW15AH oder digitale Wägezellen wie FIT®/4.

Abbildung 4: Plattformwägezellen von HBM

Neben Biegebalken gibt es verschiedene andere Bauformen von Wägezellen. Dies sind u.a.:

  • Wägezellen mit säulenförmigen Federkörper für hohe Lasten
  • Hohlzylindrische Wägezellen für sehr hohe Lasten
  • Wägezellen mit Federkörpern direkt aus dem Messbügel
  • Ringtorsionswägezellen
  • Scherstabwägezellen
  • Wägezellen mit Membranfederkörper
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